電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時評估方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了電動汽車動力電池剩余電量實(shí)時評估方法及裝置：數(shù)據(jù)采集終端的控制單元通過控制內(nèi)部CAN接口與電池管理系統(tǒng)通信，采集電池組的電池數(shù)據(jù)，然后再由控制單元將采集的數(shù)據(jù)傳送給GPRS模塊，通過GPRS模塊發(fā)送到GPRS無線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，上位機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)接收數(shù)據(jù)，并應(yīng)用Mamdani模糊推理方法建立基于模糊預(yù)測算法的電動汽車動力電池SOC估算模型，精確估算出SOC值。最后再通過互聯(lián)網(wǎng)、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將計算出的SOC值發(fā)送給數(shù)據(jù)采集終端顯示，并將從電池管理系統(tǒng)采集到的SOC與模糊預(yù)測出的SOC以曲線圖的方式進(jìn)行對比，從而達(dá)到對電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時精確評估。
【專利說明】電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時評估方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時評估方法。本發(fā)明還涉及專用于上述方法的電動汽車動力電池剩余電量實(shí)時評估裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電池作為電動汽車的能量來源，是近年來電動汽車研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一，而電池荷電狀態(tài)SOC作為電池特性最主要的影響因素之一，更是電池組管理系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。準(zhǔn)確估計SOC是電動汽車電池充放電控制和動力優(yōu)化管理的重要依據(jù)，直接影響電池的使用壽命和汽車的動力性能，并能預(yù)測電動汽車的續(xù)駛里程。
[0003]動力電池SOC值的大小并不能直接測量得到，影響電池SOC的因素有很多，如充放電電流、溫度、自放電率、內(nèi)阻和循環(huán)使用次數(shù)等，電池的SOC和它的諸多影響因素之間是一種非常復(fù)雜的非線性關(guān)系，因此，實(shí)時監(jiān)控電池組工況，準(zhǔn)確而可靠地采集電池組的電壓、電流、溫度等參數(shù)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)當(dāng)前電池剩余電量的準(zhǔn)確估算，是電動汽車電池管理系統(tǒng)的核心問題和急需解決的技術(shù)難點(diǎn)。目前，國內(nèi)外動力電池SOC的估計方法主要有以下幾種:
[0004]1、放電試驗(yàn)法
[0005]該方法是最可靠的SOC估計方法，使用恒定電流對電池進(jìn)行連續(xù)放電直至電池端電壓達(dá)到放電截止電壓，電池剩余電量等于放電電流值與時間的乘積。這種方法經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室使用，適用于所有電池，但需要花費(fèi)大量時間，電池進(jìn)行的工作要被迫中斷。不適合行駛中的電動汽車，可用于電動汽車的檢修。
[0006]2、安時計量法
[0007]安時計量法是最常用的SOC估計方法，通過計算電池在充電或放電時的累積電量來估計電池的S0C，并根據(jù)溫度、充放電倍率對SOC估計值進(jìn)行補(bǔ)償。在使用安時計量法估算SOC時，不準(zhǔn)確的電流測量將增大SOC估計誤差，經(jīng)過長時間累積，該誤差會變得越來越大；在高溫狀態(tài)和電流波動劇烈的情況下，誤差較大；同時必須考慮電池效率系數(shù)，而解決電池效率系數(shù)問題必須通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立電池充放電效率經(jīng)驗(yàn)公式。
[0008]3、開路電壓法
[0009]開路電壓法是按照電池在一定條件下開路電壓與SOC值成數(shù)學(xué)比例關(guān)系的原理來估算S0C。在充放電初期和末期，開路電壓的SOC估算效果好，在放電末期，開路電壓估計SOC的效果較好。但該方法需要電池長時間靜置使其電壓穩(wěn)定。因此，開路電壓法只能適用于電動汽車駐車狀態(tài)，不能動態(tài)地估算SOC值。
[0010]4、內(nèi)阻法
[0011]內(nèi)阻法利用電池內(nèi)阻和SOC值之間的關(guān)系，通過測量內(nèi)阻進(jìn)而獲得SOC值。電池單體內(nèi)阻檢測較困難，放電初期內(nèi)阻變化不大，增加測量難度。適應(yīng)于放電后期SOC估計。
[0012]5、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法
[0013]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在建立SOC模型時不用具體考慮電池的細(xì)節(jié)問題，很適用于電池這種高度非線性的系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有普適性，適用于各種電池的SOC估算。但該方法需要大量的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，估計誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法的影響很大。
[0014]6、卡爾曼濾波法
[0015]卡爾曼濾波理論的核心思想是對動力系統(tǒng)的狀態(tài)做出最小方差意義上的最優(yōu)估計。應(yīng)用于電池SOC估算，電池被看作動力系統(tǒng)，SOC是系統(tǒng)的一個內(nèi)部狀態(tài)。該方法不僅能獲得SOC的估計值，還能得到估計誤差。但是對硬件配置的能力要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題，就是提供一種電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時評估方法。
[0017]本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題，就是提供一種專用于上述方法的電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時評估裝置。
[0018]采用本發(fā)明的方法和裝置評估電動汽車動力電池剩余電量，耗時短、精度高、實(shí)時動態(tài)、檢測簡單、無需大量參考數(shù)據(jù)且對硬件配置能力要求低。
[0019]解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案:
[0020]一種電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時評估方法，其特征是:包括以下步驟:
[0021]SI首先數(shù)據(jù)采集終端從電池管理系統(tǒng)中采集電池組的電壓、電流和溫度的電池數(shù)據(jù)，然后將采集到的電池數(shù)據(jù)無線傳送給上位機(jī)；
[0022]S2上位機(jī)軟件通過模糊預(yù)測算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后將上位機(jī)軟件計算出的SOC值無線發(fā)送、顯示并與從電池管理系統(tǒng)采集到的SOC進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)SOC校正。
[0023]所述的步驟S2包括以下子步驟:
[0024]S2-1S0C預(yù)測模型以電池的總電壓U和工作電流I作為輸入，動力電池的SOC作為輸出，SOC預(yù)測模型的輸入量U的模糊集合為{VL、L、M、H、VH}，即{很低、低、中等、高、很高}，論域[78.5，84.5];輸入量I的模糊集合也為{VL、L、M、H、VH}，論域[0，20];模糊輸出值SOC的模糊集合為{ALARM、L、M、H、VH}，即{過低報警、低、中等、高、很高}，論域[0，100];其中VL、ALARM和VH取梯形隸屬度函數(shù)，其余取三角形隸屬度函數(shù)；
[0025]然后做出模糊子集及隸屬函數(shù)分布圖，分布圖包括電流模糊子集及隸屬函數(shù)分布圖、電壓模糊子集及隸屬函數(shù)分布圖和SOC模糊子集及隸屬函數(shù)分布圖；
[0026]S2-2采用的模糊控制規(guī)則表達(dá)為:If...and...then…，共計20條，建立模糊規(guī)則庫為:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時評估方法，其特征是:包括以下步驟: Si首先數(shù)據(jù)采集終端從電池管理系統(tǒng)中采集電池組的電壓、電流和溫度的電池數(shù)據(jù)，然后將采集到的電池數(shù)據(jù)無線傳送給上位機(jī)； S2上位機(jī)軟件通過模糊預(yù)測算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后將上位機(jī)軟件計算出的SOC值無線發(fā)送、顯示，并與從電池管理系統(tǒng)采集到的SOC進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)SOC校正； 所述的步驟S2包括以下子步驟: S2-1S0C預(yù)測模型以電池的總電壓U和工作電流I作為輸入，動力電池的SOC作為輸出，SOC預(yù)測模型的輸入量U的模糊集合為{VL、L、M、H、VH}，即{很低、低、中等、高、很高}，論域[78.5，84.5];輸入量I的模糊集合也為{VL、L、M、H、VH}，論域[0，20];模糊輸出值SOC的模糊集合為{ALARM、L、M、H、VH}，即{過低報警、低、中等、高、很高}，論域[0，100];其中VL、ALARM和VH取梯形隸屬度函數(shù)，其余取三角形隸屬度函數(shù)；然后做出模糊子集及隸屬函數(shù)分布圖，分布圖包括電流模糊子集及隸屬函數(shù)分布圖、電壓模糊子集及隸屬函數(shù)分布圖和SOC模糊子集及隸屬函數(shù)分布圖； S2-2采用的模糊控制規(guī)則表達(dá)為:If-and...then…，共計20條，建立的模糊規(guī)則庫為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時評估方法，其特征是:所述的步驟S2-3將模糊控制量進(jìn)行模糊判決得出確切的預(yù)測量具體為:本發(fā)明的模糊系統(tǒng)為兩輸入單輸出的模糊系統(tǒng)，最小-最大-重心算法的推理過程為: 設(shè)有兩條模糊規(guī)則分別為
規(guī)貝丨J I:IF X1Is A1Bnd x2is B1THEN y is C1
規(guī)貝丨J 2:IF X1Is A2and x2is B2THEN y is C2 按照Mamdani的最小-最大-重心法,首先對上述每一規(guī)則進(jìn)行模糊推理，可得其相應(yīng)的輸出模糊集的隸屬度函數(shù)分別為

3.一種電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時評估裝置，其特征是:包括通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)采集終端和內(nèi)嵌處理軟件上位機(jī)，所述的數(shù)據(jù)采集終端包括控制單元，控制單元分別與GPRS模塊、外部CAN接口、內(nèi)部CAN接口對應(yīng)通訊連接，GPRS模塊通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通訊連接，控制單元通過控制內(nèi)部CAN接口與電動汽車動力電池的電池管理系統(tǒng)通信，所述的外部CAN接口遵循SAE J1939汽車標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議；所述的上位機(jī)包括實(shí)時數(shù)據(jù)顯示模塊，用于實(shí)時顯示電池的電流、溫度和電壓狀態(tài)數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)存儲模塊，用于對電池的歷史使用信息進(jìn)行存儲；系統(tǒng)設(shè)置模塊，用于對系統(tǒng)進(jìn)行串口通信設(shè)置和遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)置；數(shù)據(jù)管理模塊，用于對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和日志按照客戶要求進(jìn)行查詢、刪除操作；SOC估算模塊，用于對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理以估算出動力電池精確的SOC值，并進(jìn)行SOC校正功能，使得用戶能掌握電池壽命的狀態(tài)。
【文檔編號】G08C17/02GK103576096SQ201310469717
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】羅敏, 孫衛(wèi)明, 肖勇, 趙偉, 張永旺 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院